Neuron：大脑权衡“利弊”的重要神经机制——下丘脑响应网络
“螳螂捕蝉，黄雀在后”，告诉我们在处理事情时，要深思熟虑，考虑后果，不要只顾眼前利益，而不顾后患。而在自然界中，动物捕食时，最具生物学相关性的两个方面是获取食物和逃避捕食的危机。大脑网络能够快速评估内部状态、外部环境和习得的经验，以进行最好的选择。捕食风险分配假说认为，动物会根据捕食暴露的时间变化来权衡觅食努力和警惕性，从而满足它们的能量需求，同时最大限度地减少被伤害或杀害的可能。然而，而这种权衡背后的神经机制仍然难以捉摸。
近日，美国国立卫生研究院Michael J. Krashes团队在Neuron发表论文，作者研究了在捕食威胁存在下，动物觅食的灵活生存决策。结果表明，自我保护和食物寻求之间存在振荡相互作用以促进最合适的行为。
1.捕食者的刺激引起小鼠的生理、行为和神经元变化
研究人员将小鼠暴露于一只自由活动的饥饿大鼠的另一侧（毛绒玩具鼠作为对照）。捕食者的刺激导致小鼠粪便排出量增加和静止时间增加，以及具有更高水平的应激激素皮质酮。皮质酮释放的一个主要来源是下丘脑室旁核（PVH）的促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）神经元。
钙成像发现，暴露于大鼠捕食者导致PVHCRH网络动力学的持久增加。此外，捕食者存在的刺激显著提高了小鼠的平均动脉血压、心率和核心体温。这均说明，捕食者的暴露会引发压力刺激所预期的生理、行为和神经元变化。
Figure 1 大鼠捕食者刺激引起小鼠的生理、行为和神经元变化
接下来，对过夜禁食的小鼠进行评估。作者设计4种条件：相邻的笼子（1）是空的，（2）毛绒大鼠玩具，（3）TMT（模拟捕食者气味）或（4）大鼠捕食者。平均而言，空笼子条件下，小鼠的进食速度更快，而在大鼠玩具、TMT和大鼠捕食者条件下，进食速度逐渐延迟[Fig.2E,F]。
Figure 2 暴露于大鼠捕食者会减少饥饿小鼠的觅食和进食
2.在大鼠捕食者暴露期间AgRP活性迅速减弱
由于AgRP神经元在介导觅食和食物摄入中的作用，作者发现暴露于大鼠捕食者的饥饿动物AgRP活性显著降低[Fig.3]。而从笼子中移除威胁后，捕食者诱发的对AgRP神经元的抑制是可逆的。这表明，AgRP抑制可能是在大鼠捕食者存在的情况下观察到的进食行为减少的潜在机制。
Figure 3 AgRP活性在大鼠捕食者出现期间迅速减弱
3.PMDCCK神经元通过抑制AgRP神经元响应捕食者威胁和介导进食行为
PMD脑区在大鼠捕食者出现后中Fos诱导的tdTomato信号显著增加，并通过光遗传学在行为学上表明，PMdCCK激活能够通过模仿捕食者威胁引起的反应来抑制饥饿小鼠的觅食和进食。顺行示踪发现，PMdCCK并没有直接投射到ARC末端。
进一步采用化学遗传学调控PMdCCK和GCaMP转导AgRP/NPY细胞的策略，结果发现PMDCCK的激活持久地抑制了AgRP/NPY群体动力学。与激活实验不同，PMDCCK神经元的急性沉默对AgRP/NPY群体动力学没有影响[Fig.4]。
此外，PMDCCK抑制未能改变大鼠捕食者引起的对AgRP/NPY活性的抑制，这表明有替代途径可以优先考虑自我保护而不是觅食。
Figure 4 PMDCCK神经元通过AgRP/Npy抑制介导进食行为
4.威胁下的进食行为可通过内部状态进行调节并由AgRP神经元介导
最后，通过48小时禁食与禁食过夜小鼠相比，长时间禁食后显著增加了食物摄入。值得注意的是，大鼠捕食者的刺激抑制了所有禁食状态下的进食[Fig.5A,B]。这些实验证明了自我保护和觅食之间的振荡关系是灵活的，并受到内部环境的影响。在空笼子条件下，禁食小鼠的进食量明显高于饱腹状态。而在大鼠暴露下，显著抑制了食物摄入，无论状态如何[Fig.5]。
此外，通过进一步探究在威胁下进行进食行为的AgRP神经元的下游靶点，发现在大鼠捕食者暴露期间，只有BNST和LH中的AgRP末端激活才可驱动更高程度的进食行为[Fig.5M,N]。
Figure 5 威胁情况下的进食行为可通过内部状态进行缩放，并由AgRP神经元介导
结论
基于动物生存的环路通常被孤立地研究，给人一种感觉即，神经元活性似乎是以直接和看似简单的方式驱动行为。事实上，多个复杂的神经网络跨区域通信，不断改变约束条件，并通过一组庞大的紧密连接系统以共同优化行为。本文中，研究人员采用了竞争分析法来探索饥饿和自我保护的相互影响和中心机制，以促进适当的行为。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.06.006
参考文献
de Araujo Salgado, Isabel et al. “Toggling between food-seeking and self-preservation behaviors via hypothalamic response networks.” Neuron, S0896-6273(23)00466-X. 4 Jul. 2023, doi:10.1016/j.neuron.2023.06.006
编译作者：Young（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
